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Gérard COPIN-MONTÉGUT : Docteur ès sciences - Observatoire océanologique de Villefranche-sur-mer - Maître de conférences à l’université Pierre-et-Marie-Curie
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L ’océan mondial (encadré A) recouvre plus de 70% de la surface de la planète Terre et contient 97 % de ses réserves en eau (qui s’élèvent à environ 1 400 × 106 km3). Une douzaine d’espèces ioniques majeures sont présentes dans l’eau de mer. Leur masse totale peut varier d’une eau de mer à l’autre mais leurs proportions relatives restent constantes. On peut ainsi caractériser sans ambiguïté les eaux de mer par leur salinité. La salinité moyenne de l’océan mondial est voisine de 35 et sa température de 4 C.
Compte tenu de sa composition relative stable et du volume énorme qu’elle représente, l’eau de mer constitue une solution électrolytique originale et mériterait plus d’attention de la part des physico-chimistes. Ce n’est pas encore le cas, et les différents manuels de constantes (ou « handbooks ») fournissent peu de renseignements, voire aucun, se rapportant aux propriétés physiques de l’eau de mer ou aux équilibres thermodynamiques dans le milieu eau de mer.
L’eau de mer constitue un milieu physique parfaitement défini par trois variables d’état : salinité S, température t et pression p. Toutes ses propriétés physiques sont donc, en principe, dérivables à partir de S, t et p. Dans le domaine de la physico-chimie classique, on se réfère généralement à une température de 25 C, et à une pression normale de 101 325 Pa (ou de 100 kPa si l’on parle de pression standard). Dans le domaine océanographique, l’océan normal « the standard ocean » (encadré A) a une température de 0 C et une salinité de 35,000. Mais sa pression n’est pas normalisée car une masse d’eau peut être située aussi normalement à 10 000 m de profondeur qu’à la surface.
L’effet des hautes pressions sur les propriétés physiques des solides ou des liquides est difficile à étudier expérimentalement et est souvent mal documenté. Ce n’est pas le cas dans le domaine de l’océanographie où un effort particulier a été fait dans ce sens. La plupart des algorithmes océanographiques permettent de calculer de manière précise les propriétés hydrologiques des eaux de mer en fonction de S, t et p, pour des salinités allant de 0 à 42, des températures allant de –2 à 40 C et des pressions de 1 à 10 000 dbar. Toutefois, ces algorithmes ne sont pas utilisables pour les mers intérieures, telles que la mer Caspienne ou les lacs salés. Ces étendues d’eau ont un contenu salin différent de celui de l’eau de mer.
La dénomination et la définition de certaines propriétés décrites dans cet article sont familières à beaucoup. C’est le cas de la masse volumique ou de la vitesse du son. D’autres propriétés paraîtront plus mystérieuses pour des non- spécialistes, par exemple, l’anomalie thermostérique ou le taux de décroissance adiabatique. Il faut mentionner ces propriétés, car elles font partie des routines de traitement des données océanographiques.
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Données hydrologiques de base
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1. Contenu en sels et salinité
1.1 Constituants majeurs
La masse totale des sels dissous dans 1 kg d’eau de mer peut varier d’une eau de mer à une autre (plus de 40 g/kg d’eau de mer, en mer Rouge, moins de 10 g/kg en certaines régions de la mer Baltique). Par contre, les proportions relatives des principaux sels restent constantes. Cette propriété est évoquée sous l’appellation de loi de Dittmar . En pratique, on retient comme constituants majeurs ceux qui sont présents en concentration supérieure à 1 mg.kg–1. Ils sont énumérés dans le tableau 1.
Le tableau 1 appelle les remarques suivantes :
-
l’ensemble des espèces citées représente plus de 99,9 % de la masse totale de substances dissoutes dans l’eau de mer ;
-
le bore est sous forme d’acide borique, acide faible dont le degré de dissociation est tributaire des variations naturelles du pH. Mais la somme acide borique + borate est constante ;
-
les ions hydrogénocarbonate et carbonate sont tributaires de la réaction acide-base
. Mais, contrairement au bore, leur somme varie légèrement du fait de l’implication du carbone dans les processus biologiques. La fourchette indiquée correspond aux valeurs extrêmes, les plus faibles correspondant aux eaux superficielles de l’Atlantique équatorial, et les plus fortes aux eaux profondes du Pacifique Nord ;
-
la masse totale des espèces prises en compte atteint 35,15 g.kg–1 environ (selon la teneur en carbone), alors que la salinité nominale est 35,000. De même, la teneur en chlore est de 19,354 g.kg–1 alors que la chlorinité d’une eau de salinité 35 est de 19,374. Ces différences sont dues aux définitions opérationnelles de la salinité et de la chlorinité.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WILSON (T. R. S.) - Salinity and the major elements of sea water. - Riley and Skirrow éd. Chemical Oceanography, 1, p. 365-413, Academic Press (1975).
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(2) - UNESCO - Tenth report of the joint panel on oceanographic tables and standards. - Unesco technical papers in Marine Sciences, 36, 36 p (1981).
-
(3) - COPIN-MONTÉGUT (G.) - Chimie de l’eau de mer. - Éd. Institut océanographique (1996).
-
(4) - MILLERO (F. J.), LEUNG (W.H.) - The thermodynamics of seawater at one atmosphere. - Amer. J. Sci., 276 , p. 1035-1077 ( 1976).
-
(5) - WEISS (R. F.), PRICE (B. A.) - Nitrous oxide solubility in water and seawater - . Marine Chemistry, 8, p. 347-359 (1980).
-
(6) - ASME - 1967 ASME steam tables - . American Society of Mechanical Engineers. Programme de calcul en lignehttp://www.connel.com/
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